一种波导开关网络控制的设计与实现

（广西广播电视地球站）

1 引言

随着广播电视技术的发展和传输设备的新旧交替，卫星广播电视信号的安全传输对卫星地球站系统的功能和配置提出了更高的要求。因此我站对波导网络系统进行了重新设计与改造。

我站发射系统先后配置了一套加拿大1:1 Vextex RSI 200W 固态高功放（SSPA）、一套美国CPI 1:1 3000W速调管高功放及单台美国CPI 3000W速调管高功放，天馈线系统主要由12米和6米两面天线组成，手动切换时效率较低，且原有的波导网络设计的2#波导开关成为整个上行传输链路中的单一节点，尽管波导开关为机械装置，不易出现故障，但仍是有隐患；平时3#、4#、5#功放必须处于冷备份或接入假负载状态，否则会出现主、备用天线同时发送载波，相互干扰。原波导网络无法充分、灵活的使用备份高功放，且在应急操作时容易发生误操作。（如图1）

2016年地球站购买了一台美国CPI 3000W速调管高功放与之前单台高功放组成1：1备份后，单一节点问题更为突出。为了彻底解决这一问题，我站把不同时期的高功放系统和天馈线系统通过波导网络控制器及波导开关进行有效整合，配置成主、备两路上行通道和应急上行通道，每路上行通道又有主、备链路，使主、备上行通道及每路通道内的主、备链路之间都可实现手动/自动快速倒换，具备执行双星并发任务的能力。平时可以在不影响播出的情况下对链路设备进行维护检修，及时应对链路中设备的突发故障，有效的提升地球站安全播出的可靠性和稳定性。

图1 原地球站波导网络示意图

图2 现波导网络系统图

图3 波导关联前视图

2 波导网络控制的设计

按照总局的相关规定，结合目前站内设备实际情况，对波导网络和上行链路进行了优化设计。新的波导网络控制通过一台波导开关控制器和六个波导开关、若干矩形波导管组成，波导开关控制器具有手动/自动切换及远程遥控的功能，可对三套1:1高功放的运行状态及六个波导开关的位置状态进行远程监控。1、2高功放与3、4高功放组成1:1功放备份系统，5、6高功放作为应急系统平时处于冷备份状态，上行1#、2#、3#、4#、5#链路通过波导开关S1、S2、S3的各种组合模式，使两套天馈线系统达到互为备份使用的效果，同时为上行链路及天馈线系统的维护、保养提供技术支持（见图2）。此设计较为合理和灵活，充分使用了原有的设备，节约了成本，且解决了上行传输链路中的波导网络单一节点问题。

波导开关和波导开关控制器性能及设计要求：（1）集中控制S1、S2、S3波导开关。(2)主路、应急、备路波导开关原有控制逻辑不变。(2)具有手动和自动切换的功能。(3)面板具备各波导开关状态指示，显示其拓扑图，具备RS232/RS422或ETH远程监控接口,(4)波导开关能够给高功放提供射频抑制信号，（5）波导开关控制器可安装在控制室控制桌上，方便快速操作。（6）波导开关及矩形波导管牢固安装在高功放顶部，方便手动操作及维护（见图3）。

图4 波导切换控制器连线图

3 波导网络控制的实现

我站根据设计方案与prodigy公司合作研发了波导开关控制器，其功能主要由组合逻辑电路实现。特点是：输出值只与实时的输入值有关，即输出值与实时输入值的对应具有唯一性，电路没有记忆功能，输出状态随着输入状态的变化而变化，前者在任何时刻的输出，仅取决于电路此刻的输入状态，而与电路过去的状态无关，它们不具有记忆功能；波导网络控制使用的波导开关是旋转式机电波导开关，在结构上由驱动电机和微波系统两部分构成，可按需选择微波通道并实现对信号的高质量传输 ；波导开关控制器通过网络通信接口的连接实现远程手动/自动波导开关切换、高功放系统的工作状态实时监测。同时在波导开关控制器中设置了备份机制，设定功放1/2和功放3/4可以互为备份，在功放1/2和功放3/4均出现故障时，功放5/6可以通过手动操作即可备份功放1/2，也可以备份功放3/4。

（1）波导开关控制器连线（见图4）

（2）波导开关控制器面板

波导开关控制器面板（见图5）分为指示区和控制区，指示区有功放状态指示（绿色表示设备状态正常，红色表示故障；功放处于待机状态，没有加高压时，只要功放没有fault告警，该指示灯也处于绿色状态）、波导连接及信号流动方向指示、优先级指示、Local/Remote指示、Auto/Manual指示，；控制区有Local/Remote控制模式切换、Auto/Manual模式切换、开关切换等按钮，实现远程监测及控制，使信号流动方向一目了然。

图5 波导控制器面板

图6 工作模式一

图7 工作模式二

（3）工作模式

12米天线做为播出天线时， 1:1的HPA1/HPA2经波导开关S1从12米天线上行播出；HPA3/HPA4经过S3、S1、S2，输出至负载，日常处于加高压、上功率、热备份的工作状态；波导开关控制模式：处于Local和Auto模式状态时，一旦功放HPA1/HPA2出现故障，波导开关控制器会自动切换S1，将HPA3/HPA4功放切至12米天线发射，同时将功放HPA1/HPA2切换到负载位置（见图6）；当HPA1/HPA2或HPA3/HPA4有故障出现时，则启动应急HPA5/HPA6。

6米天线做为播出天线时， 1:1的HPA1/HPA2经波导开关S1和S2，从6米天线上行播出；HPA3/HPA4经过S3、S2，输出至负载，平时加高压，上功率，处于热备份的工作状态；波导开关控制模式处于Local和Auto状态下，一旦功放HPA1/HPA2出现故障，波导开关控制器会自动切换S2，将HPA3/HPA4切为6米天线发射，同时将功放HPA1/HPA2切换到负载位置（见图7）；HPA1/HPA2或HPA3/HPA4有故障出现时，则启动应急HPA5/HPA6。

（4）安全播出的天线切换应急操作

从12米天线切换到6米天线播出的应急操作：首先将波导开关控制器切换至手动状态，切换波导开关S1，将HPA3/HPA4做为主播功放经12米上行，HPA1/HPA2切至负载,调整HPA1/HPA2输出功率达到标定功率,同时切换波导开关S1、S2和S3，将HPA1/HPA2切换到6米输出，HPA3/HPA4切换到负载,调整HPA3/HPA4输出功率到标定功率,把波导开关控制器切回自动模式。

从6米天线切换到12米天线播出的应急操作：首先将波导开关控制器切换至手动状态，切换波导开关S2，将HPA3/HPA4做为主播功放经6米上行，HPA1/HPA2切至负载（见图5）,调整HPA1/HPA2输出功率为标定功率,同时切换波导开关S1、S2和S3，将HPA1/HPA2切换到6米输出，HPA3/HPA4切换到负载（见图5）,调整HPA3/HPA4输出功率为标定功率,把波导开关控制器切回自动模式。

4 结束语

该系统实现了地球站高功放和天馈系统的自动/手动及远程控制的有效集成，解决了波导网络控制中的单一节点问题，以科学的控制方式将安全隐患用技术的手段进行有效的控制，具有易操作易维护的特点，显著提高了工作人员的工作质量和效率，有力地保障系统的安全运行和广播电视节目的上星安全播出。

[1]徐艳新.《数字电路》第二版[M].北京：电子工业出版社.2014

[2]刘辉.BJ—8 4机电控制波导开关设计[J].电讯技术,2002(05):78-81.